III. METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di Lab.Proses Produksi, CNC dan material teknik Jurusan Teknik mesin Universitas Lampung untuk pengukuran suhu luaran vortex tube, proses pembubutan specimen uji dan proses pengukuran keausan mata pahat. B. Alat Dan Bahan Adapun bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Material baja karbon rendah ST41 dengan nilai kekerasan 44,70 HRA (142,50 BHN). Dalam penelitian ini material yang digunakan adalah panjang 50 cm dan diameter 5,80 cm. Benda uji pada penelitian ini adalah baja karbon rendah, faktor utama yang mempengaruhi sifat dari baja karbon adalah kandungan karbon dan mikrostruktur yang ditentukan oleh komposisi baja, seperti : C, Mn, Si, S dan P. Material ini mempunyai komposisi yang sesuai dengan sertifikat material.
Tabel 3.1 Komposisi kimia paduan baja ST41 Unsur Komposisi Kimia (%) Karbon (C) Mangan (Mn) Silikon (Si) Sulfur (S) Phospor (P) 0,7-0,10 0,3-0,6 0,15-0,25 0,35 0,03 50 cm 5,8 cm Gambar 3.1 Benda kerja baja ST41 2. Mata pahat HSS. Pahat bubut High Speed Steels (HSS) merupakan paduan dari 0,75%- 1,5% Carbon (C), 4%-4,5% Chromium (Cr), 10%-20% Tungsten (W) dan Molybdenum (Mo), 5% lebih Vanadium (V), dan Cobalt (Co) lebih dari 12% (Childs, dkk, 2000). Gambar 3.2 Pahat HSS 52
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Mesin bubut Mesin bubut adalah mesin perkakas yang banyak terdapat dibengkel produksi. Mesin bubut ini digunakan untuk proses pembubutan specimen. Gambar 3.3 Mesin Bubut Spesifikasi mesin ini adalah: No Deskripsi 1. Jenis Konvensional horisontal 2. Merek Pinocho 3. Tipe S-90/200 4. Tool size 25 x 25 mm 5. Putaran spindel 40 2200 rpm 6. Daya Mesin 4 kw 7. Maks. Turning Diameter 200 mm 53
2. Vortex tube Digunakan untuk menyuplai udara dingin untuk proses pendinginan pada dry machining. Tabung vortex tube Saringan air Katup (putaran) Magnet Penyangga Nozzle (pipa semprot udara dingin) Gambar 3.4 Vortex tube Frigid-X tm 50015 H (Medium) 3. Stopwatch Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pemesinan yang dijalankan. 4. Termometer Digunakan untuk pengukur suhu yang keluar dari vortex tube 5. Mikroskop VB Mikroskop ini digunakan untuk melihat keausan yang dialami oleh mata pahat dengan perbesaran 50 kali mikroskop VB. Gambar 3.5 Mikroskop PEAK (VB) 54
6. Kompresor Digunakan untuk menyuplai tekanan udara masuk ke vortex tube,sehingga menghasilkan udara dingin. 7. Kunci ragum Digunakan untuk penguncian specimen dan mengatur posisi pahat pada mesin bubut. 8. Jangka sorong Jangka sorong digunakan untuk mengukur diameter benda kerja sebelum dan setelah pemesinan pada tiap fase C. Prosedur Penelitian Prosedur penelitan pada tugas akhir ini tebagi menjadi beberapa tahapan antara lain sebagai berikut : 1. Persiapan Spesimen Pada tahapan ini dilakukan pembuatan specimen base material sesuai demensi pada gambar : 50 cm 5,8 cm Gambar 3.6 Baja ST41 Ada pun langkah-langkah pembuatan base material adalah sebagai berikut: a. Mengalibrasi alat ukur panjang berupa jangka sorong. 55
b. Mengukur dan menandai material sesuai dimensi base material. c. Memotong material yang telah ditandai pada poin b menggunakan gergaji. 2. Instalasi vortex tube Pada tahapan ini dilakukan instalasi vortex tube berupa penyambungan antara kompresor, pressure gauge dan vortex chamber ke mesin bubut. sambungan udara masuk Penyaringan & nozzle Tabung vortex tube Gambar 3.7 Instalasi Vortex Tube 3. Mengukur suhu luaran vortex tube Pada tahapan ini berjutuan untuk mendapatkan data suhu luaran vortex tube yang dipengaruhi oleh variasi tekanan udara input vortex chamber. Proses pengukuran suhu dilakukan sebanyak 3 kali menggunakan termometer pada masing-masing variasi tekanan udara input. Adapun langkah yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut : 56
a. Melakukan pengukuran suhu luaran pada votex tube pada variasi tekanan input (P.gauge) sebesar 5,6 dan 7 bar. b. Melakukan pengukuran suhu luaran pada bukaan katup vortex tube dengan putran 360 o,720 o,1080 o. c. Melakukan pengukuran kembali pada poin a dan b, sebanyak 3 kali untuk tiap tekanan udara input. d. Untuk semua data hasil pengukuran dicatat dalam tabel sebagai berikut: Tabel 3.2 Pengukuran suhu udara panas keluaran vortex tube No Katup (Putaran) (Vortex Tube) Parameter Tekanan Pada Kompresor (bar) Udara panas ( o C) Rata-rata 5 1 1 (360 o ) 6 7 5 2 2 (720 o ) 6 7 5 3 3 (1080 o ) 6 7 57
Tabel 3.3 Pengukuran suhu udara dingin keluaran vortex tube No Katup (Putaran) (Vortec Tube) Parameter Tekanan Pada Kompresor (bar) Udara dingin ( o C) Ratarata 5 1 1 (360 o ) 6 7 5 2 2 (720 o ) 6 7 5 3 3 (1080 o ) 6 7 4. Proses pembubutan specimen Pada Tahapan ini dilakukan Proses pembubutan specimen dilakukan dengan kecepatan spindle 625 rpm, yang digunakan untuk memproses pembubutan benda kerja dengan hasil atau bentuk penampang lingkaran atau benda kerja berbentuk silinder, menggunakan udara pendingin (dry machining) sebagai bendingin mata pahat. Pelaksanaan penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh parameter pemotongan terhadap hasil dari kemasan permukaan dengan menggunakan vortex tube, dengan tahapan pelaksanaan sebagai berikut: 58
a. Melakukan uji jalan (set up) mesin bubut. b. Menguji kemampumesinan dengan parameter potong pada kondisi ekstrem c. Menentukan kondisi pemotongan (v / a,f,d). d. Meningkatkan pemesinan (pembubutan kering) ortogonal dengan menggunakan pahat HSS benda kerja baja ST41 sebanyak tiga fase untuk tiap kondisi pemotongan yang ditentukan. e. mengamati dan menganalisa kondisi mata pahat dari tiap kondisi pemotongan. f. Mengumpulkan data hasil penelitian berupa waktu pemesinan dan gambar pahat pada kondisi pemotongan. g. Menentukan ragam kegagalan dan mekanisme aus yang terjadi pada pahat. 5. Pengukuran keausan Pada tahapan ini dilakukan pengukuran keausan mata pahat yang terjadi pada proses pembubutan berupa pengukuran dimensi-dimensi yang merupakan indikator penentu keausan menurut studi pustaka yang ada menggunakan alat ukur mikroskop guna memperoleh dimensi yang lebih akurat. Pada tiap-tiap pengukuran dimensi mata pahat dilakukan pengukuran sebanyak 3 kali guna memperoleh hasil pengukuran yang lebih akurat dan meminimalisir error. 59
Adapun langkah-langkah pengukuran dimensi keausan mata pahat adalah sebagai berikut : a. Kalibrasi mikroskop. b. Pengukuran keausan mata pahat pada suhu vortex tube dengan keluaran suhu optimum, maxsimum dan tanpa menggukan pedingin dengan kecepatan putar mesin bubut standar untuk mengetahui panjang umur pahat. Adapun keausan mata pahat dengan kedalam 0,3mm sesuai dengan studi pustaka yang ada. Gambar 3.8 Keausan Mata Pahat c. Semua data hasil pengukuran ditabulasi ke dalam tabel sebagai berikut: 60
Tabel 3.4 Pengukuran keausan mata pahat No Suhu Keausan mata pahat Kecepatan Potong/ v Gerak Makan/f Kedalaman potong/a Panjang Umur Pahar (mm) (m/min) (mm/rev) (mm) (menit) 1. ± 27 o C (Suhu ruangan) 0,3 88,39 0,11 2 2. 3. ± 14,67 o C ( Katup I Vortex Tube) ± 18,5 o C ( Katup II Vortex Tube) ± 21,16 o C ( Katup III Vortex Tube) 0,3 88,39 0,11 2 0,3 80,46 0,11 2 0,3 72,61 0,11 2 61
D. Diagram Alir Penelitian Mulai Pengajuan tema penelitian dan penelusuran literatur Survey ketersediaan alat : Vortex Tube Mesin bubut Mikroskop, dll Penyediaan bahan : Baja ST41 Pahat HSS Unjuk Kerja Vortex tube : - Mengatur bukaan katup pada vortex tube - Mengatur Tekanan kompresor, 5,6, dan 7 bar Kalibrasi thermometer pada vortex tube : - Suhu udara dingin - Suhu udara panas Proses Pembubutan : Kondisi Pemotongan : - v = 88,39 m/menit, 80,46 m/menit, 72,61 m/menit - f = 0,11 mm / rev - a = 2 mm Pengukuran keausan mata pahat tanpa pendingin dan menggunakan pendingin vortex tube A 62
A Foto Pengujian Keausan Mata Pahat Data hasil pengujian Analisa data dan Pembahasan Simpulan dan Saran Selesai Gambar 3.9 Diagram alir (flow chart) penelitian 63